102份玉米地方種質的莖基腐病抗性評價

張培風, 孫 佩, 徐鵬亮, 范永勝, 郭振營, 周聯東

(新鄉市農業科學院, 河南 新鄉 453000)

玉米是我國重要的糧食作物,目前其產量已超越小麥和水稻[1]。但隨著現代耕作方式的改變、全球氣候變化及各種新品種的推廣,病蟲害已成為制約玉米高產穩產的重要因素,其中土傳病害玉米莖基腐病(又稱莖腐病或青枯病)嚴重影響玉米產量和品質。此病害主要由鐮孢菌引起,其病害導致產量損失一般在20%左右,嚴重時減產50%左右[2]。該病屬于積年流行病害,侵染期較長、前期癥狀不明顯、灌漿期發病后猝不及防等特點,對我國各地區的玉米產區均有影響,且大部分地區呈上升趨勢,河南省亦受到影響。

玉米品種對莖基腐病的抗性存在顯著差異,因此,優異的抗性種質是進行抗病品種選育的前提,目前,選育和應用抗病品種是防治莖基腐病最經濟有效的措施[3-4]。荀萍等[5]利用電鉆打孔法接種禾谷鐮孢菌,從22個玉米新雜交組合中,篩選出兩個抗病補償能力較強的組合,如:2×372、15H037×1090。孟廣軍等[6]采用埋根法,從1 480份玉米材料中篩選出1 038份抗莖基腐病的材料,占鑒定總數的70.1%,其中,早熟材料占比最大,為81.8%。王富榮和石秀清[7]利用田間自然發病和根際埋菌法,從1 550份玉米材料中篩選出76份對莖基腐病具有穩定抗性的優良自交系和雜交種,如B37Ht、Ek823、KH45等。宋燕春等[8]對287份重要的玉米自交系進行抗病鑒定,篩選出43份高抗種質,如XZ19、龍抗1、輻842、丹340等。段燦星等[9]利用根際埋菌法,借助人工接種的方法,從2 000份國家玉米種質資源中篩選出400份高抗莖基腐病的種質。那明慧等[10]利用接種法從225份國外玉米種質資源中篩選出12份對玉米鐮孢菌莖腐病抗性較好的種質,可在不同環境條件下都表現出穩定的抗性,可作為高效利用抗性種質,為抗病育種奠定基礎。我國玉米種質資源中存在較為豐富的抗性資源,需要進一步發掘,為抗病育種提供基礎材料。本研究通過對河南各地收集整理的102份玉米地方種質材料的莖基腐病抗性鑒定,從中篩選出抗性較好的種質資源,為河南省玉米的高產穩產提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設計

供試材料為河南省內廣泛搜集、整理的玉米地方種質,共102份(表1)。田間試驗于2022—2023年在新鄉市輝縣試驗基地進行,隨機區組設計,每一類型材料為一區組,每個材料種2行區,行長5 m,行距0.6 m,種植密度4 000株/667 m2,田間管理與當地大田生產相同。

表1 102份河南省玉米地方種質編號及名稱

1.2 病原菌的采集和分離

于2022年采集河南省新鄉市玉米種植區病樣,采集地點為輝縣實驗基地。采集對象為表現典型的莖基腐病癥狀的病株,采集部位為植株莖基部位第2～3節(莖基部位并未完全腐爛)。

1.3 病原菌分離、純化

主要采用PDA培養基進行分離。用滅菌解剖刀撥開玉米病樣,用75%的乙醇消毒病株莖稈表面(1 min),再用無菌水沖洗3次,取病株髓部組織置于PDA培養基中進行分離,每個平板放置5塊病組織,重復3次,置于25 ℃恒溫箱內培養2～7 d。挑取菌落邊緣于PDA培養基上進行轉管和純化,采用稀釋法對純化得到的菌株進行單孢分離保存,觀察分離菌株的形態。

1.4 病原菌鑒定

于25 ℃黑暗條件下培養4 d后觀察菌落形態,15 d后觀察大小型分生孢子等形態特征,根據《真菌鑒定手冊》[11]《常見鐮孢菌鑒定指南》[12]等文獻資料將其分離菌株初步鑒定到種。

1.5 抗性鑒定試驗

1.5.1菌種準備

將禾谷鐮孢菌株轉接到高壓滅菌的SN低營養液的培養基中,置于25 ℃培養箱進行大量繁殖,可產生大量大型分生孢子,4 ℃下保存,待接種時,將液體經雙層滅菌紗布進行過濾,孢子懸浮液濃度調至2×106個/mL,以供田間接種。

1.5.2田間接種

采用牙簽接種法,在玉米大喇叭口期至抽雄期進行接種。先用經75%乙醇消毒的錐子對植株第二節間中部進行穿刺,隨之將2根沾滿菌絲的牙簽塞進穿刺部位,完成接種。待所有植株完成全部接種工作后,為保證病原菌侵染土壤條件保持濕潤,需進行田間澆灌工作。輝縣試驗地接種日期為6月24日。

1.6 測定方法及標準

在玉米進入乳熟后期進行調查,每個材料選30株,測定莖基腐病的發病率。植株葉片枯死,莖基部莖節明顯變褐色或用手指捏近地表莖節變軟的植株,果穗多表現為下垂,莖基髓部腐爛,即為發病植株。進一步確定相應的抗性等級、抗性評價標準(表2)。

表2 玉米莖基腐病抗性評價標準

2 結果與分析

2.1 病原菌分離結果

從全部分離物中選擇5個具有代表性的菌株(禾谷鐮孢菌、擬輪枝鐮孢菌、層出鐮孢菌、芒孢腐霉、強雄腐霉)進行致病力測定。禾谷鐮孢菌分離頻率為41.50%,擬輪枝鐮孢菌分離頻率為29.50%,層出鐮孢菌分離頻率為7.50%,芒孢腐霉分離頻率為15.00%,強雄腐霉分離頻率為6.50%。其中,禾谷鐮孢菌、擬輪枝鐮孢菌、芒孢腐霉這三種青枯病主要致病菌均具有致病力,接種后發病率近100%,不同致病菌致病力不同,禾谷鐮孢菌致病力最強,對玉米植株生長影響最大,接種部位幾乎完全被病原菌侵蝕腐爛;擬輪枝鐮孢菌對玉米植株生長影響次之,接種部位呈現大量菌絲狀,植株生長受限;芒孢腐霉對玉米植株生長影響最小,接種部位有部分菌絲入侵,網狀分布較小,生長也受到影響。

2.2 102份玉米地方種質資源對莖基腐病綜合抗性分析

由圖1可以看出,在102份玉米地方種質資源中,高抗、中抗、抗性材料分別為16份、30份、17份,占比分別為16%,29%,17%;感和高感的材料分別為9份、30份,占比分別為9%,29%。說明在全部材料中,抗性以上的材料較感病材料多,其中抗性以上的材料占全部材料的62%,感病材料占全部材料的39%。表明河南地方種質資源中抗性種質資源較豐富,高抗材料占比相對較小,需要進一步發掘。

圖1 102份玉米地方種質資源總體對莖基腐病的抗性結構分布

在表現抗莖基腐病的種質材料中,表現1級高抗種質材料有16份,占抗病種質材料的25.4%;表現3級抗病的種質材料有17份,占抗病種質材料的27%,表現5級中抗的種質材料有30份,占抗病種質材料的47.6%,表明在玉米地方種質抗病材料中,對鐮孢菌莖腐病的田間表現主要以中抗抗性為主,為研究抗病材料提供了資源。

2.3 102份玉米地方種質的抗性分析

由表3可知,102份玉米地方種質對鐮孢菌莖腐病的田間表型抗性的表現存在差異,其中,有16份玉米種質表現高抗,分別為陷頂黃、老人牙、大籽紅、洋白玉米、大陷頂黃、老笨玉米、六十天還倉、二黃糙、小金籽、白石榴籽、朝鮮白馬牙、白皮糙、大白玉谷、花里虎、二南24、螃蟹蓋,平均發病率為0,說明這16份玉米種質資源整體抗性較強,可用于玉米莖腐病抗病育種。

表3 102份玉米地方種質發病率與評價

供試材料中有17份玉米種質表現為抗,分別為大籽紅2、短桿糙、洋玉米、大黃蓋、二馬牙、小金子、大紅袍、白馬牙、焦04、老降紅、白豬牙(白)、海馬頭、新黃4、大柿黃、無唐448、鄭獨青、老鼠眼,發病率均為8.3%,說明這17份玉米地方種質資源的抗性強弱及抗性多樣性差異較小,此類抗性資源也可用于玉米莖腐病抗病育種。

供試材料中有30份中抗材料,分別為金棒錘、干白頂、玉石琳、姜黃玉米、高桿青、四葉糙、黃馬牙、白金籽、粘魚頭、棉魚頭玉籽、白優8、安黃1、焦05、干白頂、風可322(黃)、九月寒、京7、燈籠紅、高腳紅、踏坑白、大京籽、短腿玉米、小白糙、白玉谷、白琉璃頭、狗不吃、七月林、紅穰玉米、獲112、高橋黃,平均發病率為18.9%,其中發病率最高的為25%,最低的為16.6%,說明這29份玉米地方種質資源發病率相對較低,病情發展較慢。

供試材料中有30份高感材料,分別是七葉糙、晚五天、白琉璃蛋、白玉米、九十糙、竹尖玉米、紅火炭、蛤蟆頭、金棒錘2、鵝林白、白洋玉米、小籽黃、黑馬嘴、黃琉璃蛋、二糙黃、老白晚、鵝林白2、紅玉籽(紅)、六十糙(大)、二豬牙、三尖柱、白蓋玉米、六月棒、洛陽85(黃)、扁嘴玉米、白頂門、黃皮糙、九月寒2、新蔡白玉米、紅棒籽,平均發病率為57.7%,其中發病率最高的為91%,最低的為41.4%,說明這30份玉米地方種質發病速度較快。

供試材料中有9份感材料,分別是小粒紅、鴨子嘴、柿黃玉米、扁頭玉米、三黃糙、麥澇玉米、雞根玉米、老娃絮、花老包臉,發病率均為33.3%,說明這9份玉米地方種質發病速度慢,抗性弱,多樣性差異較小。

3 結論與討論

玉米莖基腐病作為典型的土傳病害,其發生主要受氣候、土壤、品種等因素影響。近年來,玉米莖基腐病已成為我國玉米生產中突出問題,抗病種質的篩選與選育是今后玉米病害發生的重點和治理、防控的難點。種質對莖基腐病的抗性與其他病害的抗性無“拮抗”作用,因此選用抗性較強的玉米種質作為母本,其雜種一代會表現出較高抗性[13-14]。蔣鵬等[15]采用田間人工土壤埋接法,鑒定出18份玉米組合對禾谷鐮孢菌莖腐病的抗性,篩選出2個較好的抗莖基腐病高產組合。陳曉旭等[16]通過采用人工接種根埋法對50份國外種質群進行鑒定,篩選出4份高抗群體,5份抗病群體,7份中抗群體,對我國抗玉米莖基腐病育種有直接應用及指導作用。

本試驗通過鑒定植株的致病力表現,結果表明,禾谷鐮孢菌致病力最強,擬輪枝鐮孢菌對玉米植株生長影響次之,芒孢腐霉致病率最弱。研究表明,相較其他鐮孢菌,禾谷鐮孢菌致病力最強,主要通過入侵植株根部影響植株生長[17-18]。通過采用田間人工接種鑒定方法,對102份河南玉米地方種質資源進行了鐮孢菌莖基腐病的田間表型性狀抗性鑒定與評價,試驗結果表明,表現1級高抗種質材料有16份,表現3級抗病的種質材料有17份,表現5級中抗的種質材料有30份,表現感病和高度感病的種質材料有39份。抗性以上的材料占全部材料的62%,其中,表現5級中抗的種質材料有30份,占抗病種質材料的47.6%;表現1級的高抗種質材料有16份,占抗病種質材料的25.4%;表現3級抗病的種質材料有17份,占抗病種質材料的27%,表明在供試的玉米地方種質材料對鐮孢菌莖基腐病的田間表型抗性表現以中等抗病能力表現的地方種質為主,且與國內外玉米種質對鐮孢菌莖基腐病的田間表型抗性的表現分布趨勢具有一致性,抗病能力大體相當[14]。通過對102份地方種質的抗性分析,篩選出16份田間表現高抗、整體抗性較強的玉米種質,分別為陷頂黃、老人牙、大籽紅、洋白玉米、大陷頂黃、老笨玉米、六十天還倉、二黃糙、小金籽、白石榴籽、朝鮮白馬牙、白皮糙、大白玉谷、花里虎、二南24、螃蟹蓋。17份玉米種質田間表現為抗,抗性強弱及抗性多樣性差異較小,分別為大籽紅2、短桿糙、洋玉米、大黃蓋、二馬牙、小金子、大紅袍、白馬牙、焦04、老降紅、白豬牙(白)、海馬頭、新黃4、大柿黃、無唐448、鄭獨青、老鼠眼。本研究通過田間抗病性鑒定試驗篩選出的33份地方種質,可作為開展選育抗性新種質和抗病育種的重要基礎材料,用于玉米莖腐病抗病育種,對我國玉米鐮孢菌莖基腐病抗性新種質選育和抗病育種具有重要利用價值,可為玉米生產應用提供參考。

玉米莖基腐病的發病程度除了受地方種質品種的影響之外,還受到土壤、氣候等因素的影響,不同地區和年份其發病程度也存在很大差異[19-21],因此對這些地方種質可充分利用改良創新國內玉米地方種質,連續幾年鑒定,以期獲得抗病能力較強、具有超前性、突破性的新種質,加快抗病抗性新種質品種的選育進程。